DE102022104418A1 - EDGE EMITTING SEMICONDUCTOR LASER DIODE - Google Patents
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Abstract
Es wird eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode angegeben, aufweisend:- ein Substrat (1) mit einer ersten Hauptfläche (6) und einer der ersten Hauptfläche (6) gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche (7),- einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel (2) auf der ersten Hauptfläche (6) des Substrats (1), wobei der epitaktische Halbleiterschichtenstapel (2) eine aktive Schicht (3) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung umfasst,- eine Anpassschicht (4), die auf der zweiten Hauptfläche (7) des Substrats (1) angeordnet ist, und- eine Absorptionsschicht (5), die direkt auf der Anpassschicht (4) aufgebracht und dazu eingerichtet ist, die elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren, wobei- das Substrat (1) und die Anpassschicht (4) transparent für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung sind, und- die Anpassschicht (4) dazu eingerichtet ist, die Absorption von elektromagnetischer Strahlung in der Absorptionsschicht (5) zu erhöhen.An edge-emitting semiconductor laser diode is specified, having: - a substrate (1) with a first main area (6) and a second main area (7) opposite the first main area (6), - an epitaxial semiconductor layer stack (2) on the first main area (6 ) of the substrate (1), wherein the epitaxial semiconductor layer stack (2) comprises an active layer (3) for generating electromagnetic radiation, - an adaptation layer (4) which is arranged on the second main surface (7) of the substrate (1), and - an absorption layer (5) which is applied directly to the matching layer (4) and is designed to at least partially absorb the electromagnetic radiation, wherein- the substrate (1) and the matching layer (4) are transparent to electromagnetic radiation generated during operation , and the adaptation layer (4) is set up to increase the absorption of electromagnetic radiation in the absorption layer (5).
Description
Es wird eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode angegeben.An edge-emitting semiconductor laser diode is specified.
Es soll eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode angegeben werden, die eine verbesserte Strahlqualität aufweist. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.An edge-emitting semiconductor laser diode is to be specified which has an improved beam quality. This object is solved by an object having the features of the independent patent claim.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments and developments of the edge-emitting semiconductor laser diode are specified in the dependent claims.
Gemäß einer Ausführungsform weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode ein Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche auf. Das Substrat ist beispielsweise ein Wachstumssubstrat oder ein Trägersubstrat. Das Substrat ist insbesondere zu einer mechanischen Stabilisierung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode eingerichtet. Die Hauptflächen weisen bevorzugt eine größere Flächenausdehnung als Seitenflächen des Substrats auf.In accordance with one embodiment, the edge-emitting semiconductor laser diode has a substrate with a first main area and a second main area lying opposite the first main area. The substrate is, for example, a growth substrate or a carrier substrate. The substrate is set up in particular for mechanical stabilization of the edge-emitting semiconductor laser diode. The main surfaces preferably have a larger surface area than the side surfaces of the substrate.
Das Substrat weist beispielsweise Galliumnitrid, Saphir, Silizium, Siliziumcarbid, oder Galliumarsenid auf oder besteht aus einem dieser Materialien.The substrate has, for example, gallium nitride, sapphire, silicon, silicon carbide or gallium arsenide or consists of one of these materials.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel auf der ersten Hauptfläche des Substrats auf, wobei der epitaktische Halbleiterschichtenstapel eine aktive Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung umfasst. Beispielsweise ist der epitaktische Halbleiterschichtenstapel auf der ersten Hauptfläche des Substrats epitaktisch aufgewachsen. Eine Haupterstreckungsebene von Schichten des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ist bevorzugt parallel zur ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet.In accordance with a further embodiment, the edge-emitting semiconductor laser diode has an epitaxial semiconductor layer stack on the first main area of the substrate, the epitaxial semiconductor layer stack comprising an active layer for generating electromagnetic radiation. For example, the epitaxial semiconductor layer stack has grown epitaxially on the first main area of the substrate. A main extension plane of layers of the epitaxial semiconductor layer stack is preferably arranged parallel to the first main area of the substrate.
Der epitaktische Halbleiterschichtenstapel weist bevorzugt ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial auf oder besteht aus einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Ein III/V-Verbindungshalbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise B, Al, Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe, wie beispielsweise N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der Begriff „III/V-Verbindungshalbleitermaterial“ die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1.The epitaxial semiconductor layer stack preferably has a III-V compound semiconductor material or consists of a III-V compound semiconductor material. A III/V compound semiconductor material has at least one element from the third main group, such as B, Al, Ga, In, and one element from the fifth main group, such as N, P, As. In particular, the term “III/V compound semiconductor material” includes the group of binary, ternary or quaternary compounds that contain at least one element from the third main group and at least one element from the fifth main group, for example a nitride compound semiconductor material. Nitride compound semiconductor materials are compound semiconductor materials that contain nitrogen, such as the materials from the system In x Al y Ga 1-xy N with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x+y ≤ 1.
Die aktive Schicht umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder besonders bevorzugt eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Die aktive Schicht ist beispielsweise zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung in einem Spektralbereich zwischen einschließlich infrarotem und einschließlich ultraviolettem Licht eingerichtet.The active layer preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or particularly preferably a multiple quantum well structure (MQW) for generating radiation. The term quantum well structure does not contain any information about the dimensionality of the quantization. It thus includes, inter alia, quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures. The active layer is set up, for example, to generate electromagnetic radiation in a spectral range between infrared and ultraviolet light inclusive.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weisen das Substrat und der darauf aufgebrachte epitaktische Halbleiterschichtenstapel zwei gegenüberliegende Facetten auf. Die Facetten sind insbesondere Seitenflächen des Substrats und des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels und beispielsweise senkrecht oder geneigt zur ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet.In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the substrate and the epitaxial semiconductor layer stack applied thereto have two opposite facets. The facets are, in particular, side surfaces of the substrate and of the epitaxial semiconductor layer stack and are arranged, for example, perpendicularly or at an angle to the first main surface of the substrate.
Auf einer Facette, die im Folgenden als Rückseitenfacette bezeichnet wird, ist bevorzugt eine hochreflektierende Schicht angeordnet, die zur Reflexion im Betrieb erzeugter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Beispielsweise reflektiert die hochreflektierende Schicht zumindest 90%, bevorzugt zumindest 99%, der darauf einfallenden, im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung.A highly reflective layer, which is set up to reflect electromagnetic radiation generated during operation, is preferably arranged on a facet, which is referred to below as the rear side facet. For example, the highly reflective layer reflects at least 90%, preferably at least 99%, of the incident electromagnetic radiation generated during operation.
Die der Rückseitenfacette gegenüberliegende Facette wird im Folgenden als Lichtauskoppelfacette bezeichnet. Die Lichtauskoppelfacette ist dazu eingerichtet, im Betrieb erzeugte elektromagnetischer Strahlung von der kantenemittierenden Laserdiode auszukoppeln. Auf der Lichtauskoppelfacette ist bevorzugt eine antireflektierende Schicht angeordnet, die eine geringere Reflektivität als die hochreflektierende Schicht auf der Rückseitenfacette aufweist. Beispielsweise reflektiert die antireflektierende Schicht zwischen einschließlich 10% und einschließlich 80% der darauf einfallenden, im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung.The facet opposite the rear side facet is referred to below as the light output facet. The light decoupling facet is set up to decouple electromagnetic radiation generated during operation from the edge-emitting laser diode. An anti-reflection layer is preferably arranged on the light coupling-out facet, which has a lower reflectivity than the highly reflective layer on the rear side facet. For example, the anti-reflective layer reflects between 10% and 80% inclusive of operationally generated electromagnetic radiation incident thereon.
Die Rückseitenfacette und die Lichtauskoppelfacette bilden mit den darauf aufgebrachten Schichten insbesondere einen optischen Resonator. Der optische Resonator kann auch zusätzliche optische Elemente, beispielsweise externe Spiegel, umfassen. Im Betrieb in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung bildet im optischen Resonator eine stehende elektromagnetische Welle.The rear side facet and the light coupling-out facet form, in particular, an optical resonator with the layers applied thereon. The optical resonator can also include additional optical elements, such as external mirrors. Generated during operation in the active layer electromagnetic radiation forms a standing electromagnetic wave in the optical resonator.
Die aktive Schicht ist in Verbindung mit dem optischen Resonator dazu eingerichtet, elektromagnetische Laserstrahlung zu erzeugen. Elektromagnetische Laserstrahlung entsteht durch stimulierte Emission und weist im Unterschied zu elektromagnetischer Strahlung, die durch spontane Emission erzeugt wird, in der Regel eine sehr hohe Kohärenzlänge, eine sehr schmale spektrale Linienbreite und/oder einen hohen Polarisationsgrad auf.In connection with the optical resonator, the active layer is set up to generate electromagnetic laser radiation. Electromagnetic laser radiation is created by stimulated emission and, in contrast to electromagnetic radiation that is generated by spontaneous emission, generally has a very long coherence length, a very narrow spectral line width and/or a high degree of polarization.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode zumindest eine Anpassschicht auf, die auf der zweiten Hauptfläche des Substrats angeordnet ist. Beispielsweise ist die Anpassschicht direkt auf der zweiten Hauptfläche des Substrats aufgebracht. Die Anpassschicht weist bevorzugt ein dielektrisches Material oder ein Halbleitermaterial auf, oder besteht aus einem dieser Materialien. Die kantenemittierende Laserdiode kann auch mehrere Anpassschichten aufweisen.In accordance with a further embodiment, the edge-emitting semiconductor laser diode has at least one matching layer which is arranged on the second main area of the substrate. For example, the matching layer is applied directly to the second main area of the substrate. The matching layer preferably has a dielectric material or a semiconductor material, or consists of one of these materials. The edge-emitting laser diode can also have a number of matching layers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode eine Absorptionsschicht auf, die direkt auf der Anpassschicht aufgebracht und dazu eingerichtet ist, im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren. Die Absorptionsschicht ist bevorzugt auf einer dem Substrat abgewandten Seite der Anpassschicht aufgebracht und bedeckt die Anpassschicht vollständig oder teilweise. Die Absorptionsschicht ist insbesondere dazu eingerichtet, im Substrat propagierende elektromagnetische Lasermoden zumindest teilweise zu absorbieren. Beispielsweise weist die Absorptionsschicht einen Absorptionskoeffizienten von zumindest 100 cm-1, bevorzugt von zumindest 1000 cm-1, für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung auf.In accordance with a further embodiment, the edge-emitting semiconductor laser diode has an absorption layer which is applied directly to the matching layer and is set up to at least partially absorb electromagnetic radiation generated during operation. The absorption layer is preferably applied to a side of the matching layer that faces away from the substrate and completely or partially covers the matching layer. The absorption layer is set up in particular to at least partially absorb electromagnetic laser modes propagating in the substrate. For example, the absorption layer has an absorption coefficient of at least 100 cm -1 , preferably at least 1000 cm -1 , for electromagnetic radiation generated during operation.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode sind das Substrat und die Anpassschicht transparent für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung. Insbesondere sind eine Bandlücke des Substrats und eine Bandlücke der Anpassschicht größer als eine Bandlücke der aktiven Schicht des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels. Beispielsweise weisen das Substrat und die Anpassschicht Transmissionsgrade für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung von zumindest 5%, bevorzugt von zumindest 10%, und besonders bevorzugt von zumindest 50% auf.In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the substrate and the matching layer are transparent to electromagnetic radiation generated during operation. In particular, a band gap of the substrate and a band gap of the matching layer are larger than a band gap of the active layer of the epitaxial semiconductor layer stack. For example, the substrate and the matching layer have transmittances for electromagnetic radiation generated during operation of at least 5%, preferably at least 10%, and particularly preferably at least 50%.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist die Anpassschicht dazu eingerichtet, die Absorption von elektromagnetischer Strahlung in der Absorptionsschicht zu erhöhen. Insbesondere ist die Anpassschicht dazu eingerichtet, eine Phase und eine Lage von Intensitätsmaxima der im Substrat propagierenden Lasermoden so einzustellen, dass diese Lasermoden eine starke Dämpfung durch die Absorptionsschicht erfahren. Beispielsweise ist die Dämpfung der im Substrat propagierenden Lasermoden in einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode mit der Anpassschicht um zumindest eine Größenordnung größer, bevorzugt um zumindest zwei Größenordnungen größer, als in einer ansonsten baugleichen kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ohne der Anpassschicht.In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the adaptation layer is set up to increase the absorption of electromagnetic radiation in the absorption layer. In particular, the adaptation layer is set up to set a phase and a position of intensity maxima of the laser modes propagating in the substrate in such a way that these laser modes experience strong attenuation by the absorption layer. For example, the attenuation of the laser modes propagating in the substrate in an edge-emitting semiconductor laser diode with the matching layer is at least one order of magnitude greater, preferably at least two orders of magnitude higher, than in an otherwise structurally identical edge-emitting semiconductor laser diode without the matching layer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode zumindest folgende Merkmale auf:
- - ein Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche,
- - einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel auf der ersten Hauptfläche des Substrats, wobei der epitaktische Halbleiterschichtenstapel eine aktive Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung umfasst,
- - eine Anpassschicht, die auf der zweiten Hauptfläche des Substrats angeordnet ist, und
- - eine Absorptionsschicht, die direkt auf der Anpassschicht aufgebracht und dazu eingerichtet ist, die elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren, wobei
- - das Substrat und die Anpassschicht transparent für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung sind, und
- - die Anpassschicht dazu eingerichtet ist, die Absorption von elektromagnetischer Strahlung in der Absorptionsschicht zu erhöhen.
- - a substrate having a first main surface and a second main surface opposite the first main surface,
- - an epitaxial semiconductor layer stack on the first main surface of the substrate, wherein the epitaxial semiconductor layer stack comprises an active layer for generating electromagnetic radiation,
- - an adjustment layer arranged on the second main surface of the substrate, and
- - An absorption layer which is applied directly to the matching layer and is set up to at least partially absorb the electromagnetic radiation, wherein
- - the substrate and the matching layer are transparent to electromagnetic radiation generated during operation, and
- - the matching layer is set up to increase the absorption of electromagnetic radiation in the absorption layer.
In kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden werden Schichten des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels insbesondere so angeordnet, dass die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung darin geführt und an der Lichtauskoppelfacette ausgekoppelt wird. Beispielsweise ist die aktive Schicht zwischen zwei Mantelschichten angeordnet, die zur lateralen Führung der elektromagnetischen Strahlung eingerichtet sind. In edge-emitting semiconductor laser diodes, layers of the epitaxial semiconductor layer stack are arranged in particular in such a way that the electromagnetic radiation generated during operation is guided therein and is coupled out at the light coupling-out facet. For example, the active layer is arranged between two cladding layers that are set up for lateral guidance of the electromagnetic radiation.
Lateral bezeichnet hier und im Folgenden eine Richtung parallel zur ersten Hauptfläche des Substrats.Here and below, lateral designates a direction parallel to the first main surface of the substrate.
Durch Streuung an Rauigkeiten und/oder Defekten und/oder aufgrund zu dünner Mantelschichten kann insbesondere ein Teil der im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus dem Halbleiterschichtenstapel in das Substrat einkoppeln. In einem transparenten Substrat propagieren somit elektromagnetische Lasermoden, wobei das Substrat als Wellenleiter für diese Lasermoden wirken kann. Diese im Substrat propagierenden elektromagnetischen Lasermoden, die im Folgenden auch als Substratmoden bezeichnet werden, können ebenfalls an der Lichtauskoppelfacette der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ausgekoppelt werden. Die Substratmoden führen beispielsweise zu zusätzlichen Intensitätsspitzen in einem Fernfeld der im Betrieb erzeugten Laserstrahlung. Insbesondere beeinträchtigen die Substratmoden eine Strahlqualität und somit eine Abbildungs- und/oder Bildqualität eines von der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ausgekoppelten Laserstrahls.By scattering at roughness and / or defects and / or due to thin cladding layers, in particular a part of the electromagnetic radiation generated during operation from the Inject semiconductor layer stack into the substrate. Electromagnetic laser modes thus propagate in a transparent substrate, with the substrate being able to act as a waveguide for these laser modes. These electromagnetic laser modes propagating in the substrate, which are also referred to below as substrate modes, can also be coupled out at the light coupling-out facet of the edge-emitting semiconductor laser diode. The substrate modes lead, for example, to additional intensity peaks in a far field of the laser radiation generated during operation. In particular, the substrate modes impair a beam quality and thus an imaging and/or image quality of a laser beam coupled out from the edge-emitting semiconductor laser diode.
Der hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode liegt die Idee zugrunde, diese Substratmoden durch Aufbringen geeigneter Schichten auf einer dem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel gegenüberliegenden Hauptfläche des Substrats zu unterdrücken.The edge-emitting semiconductor laser diode described here is based on the idea of suppressing these substrate modes by applying suitable layers to a main area of the substrate opposite the epitaxial semiconductor layer stack.
Beispielsweise werden Substratmoden durch die Absorptionsschicht zumindest teilweise absorbiert. Stark absorbierende Absorptionsschichten, zum Beispiel metallische Absorptionsschichten, können allerdings eine hohe Reflektivität aufweisen. Dadurch werden Substratmoden an der Grenzfläche zur Absorptionsschicht insbesondere reflektiert, wodurch eine Unterdrückung von Substratmoden durch die Absorptionsschicht eingeschränkt und/oder behindert werden kann.For example, substrate modes are at least partially absorbed by the absorption layer. However, strongly absorbing absorption layers, for example metallic absorption layers, can have a high reflectivity. As a result, substrate modes are reflected in particular at the interface with the absorption layer, as a result of which a suppression of substrate modes by the absorption layer can be restricted and/or impeded.
Durch die Anpassschicht werden eine Phase und eine Lage von Intensitätsmaxima der Substratmoden insbesondere so eingestellt, dass die Substratmoden eine starke Dämpfung durch die Absorptionsschicht erfahren. Beispielsweise ist die Dämpfung der Substratmoden in einer Halbleiterlaserdiode mit der Anpassschicht um zwei Größenordnungen größer als in einer ansonsten baugleichen Halbleiterlaserdiode ohne der Anpassschicht. Die Anpassschicht ist bevorzugt transparent für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung und weist insbesondere einen höheren Brechungsindex als das Substrat auf. Substratmoden, die in die Anpassschicht einkoppeln und an der Absorptionsschicht reflektiert werden, werden somit beispielsweise an einer Grenzfläche zwischen Anpassschicht und Substrat totalreflektiert und wieder in Richtung der Absorptionsschicht umgelenkt. Dadurch kann insbesondere eine Absorption elektromagnetischer Strahlung in der Absorptionsschicht erhöht werden.A phase and a position of intensity maxima of the substrate modes are adjusted by the matching layer in particular in such a way that the substrate modes experience strong attenuation by the absorption layer. For example, the attenuation of the substrate modes in a semiconductor laser diode with the matching layer is two orders of magnitude greater than in a semiconductor laser diode that is otherwise structurally identical and without the matching layer. The matching layer is preferably transparent to electromagnetic radiation generated during operation and in particular has a higher refractive index than the substrate. Substrate modes that couple into the matching layer and are reflected at the absorption layer are thus, for example, totally reflected at an interface between the matching layer and the substrate and deflected back in the direction of the absorption layer. As a result, in particular an absorption of electromagnetic radiation in the absorption layer can be increased.
Die Anpassschicht ermöglicht in Kombination mit der Absorptionsschicht ein einfaches und kostengünstiges Unterdrücken von störenden Substratmoden. Dadurch wird insbesondere die Strahlqualität der kantenemittierenden Laserdiode erhöht, wodurch eine verbesserte Abbildungs- und Bildqualität erzielt werden kann.The matching layer, in combination with the absorption layer, enables interfering substrate modes to be suppressed in a simple and cost-effective manner. As a result, in particular the beam quality of the edge-emitting laser diode is increased, as a result of which improved imaging and image quality can be achieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist das Substrat ein Wachstumssubstrat für den epitaktischen Halbleiterschichtenstapel. Insbesondere ist der epitaktische Halbleiterschichtenstapel epitaktisch auf dem Substrat aufgewachsen.In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the substrate is a growth substrate for the epitaxial semiconductor layer stack. In particular, the epitaxial semiconductor layer stack is grown epitaxially on the substrate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode verringert die Anpassschicht einen Abstand zwischen der Absorptionsschicht und einem Intensitätsmaximum von im Substrat propagierenden elektromagnetischen Lasermoden. In anderen Worten ist die Anpassschicht dazu eingerichtet, die Intensitätsmaxima einer Vielzahl im Substrat propagierender elektromagnetischer Lasermoden näher an die Absorptionsschicht zu bringen. Durch die Verringerung des Abstandes zwischen den Intensitätsmaxima und der Absorptionsschicht wird vorteilhaft die Absorption der im Substrat propagierenden Lasermoden erhöht.In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the matching layer reduces a distance between the absorption layer and an intensity maximum of electromagnetic laser modes propagating in the substrate. In other words, the adaptation layer is set up to bring the intensity maxima of a multiplicity of electromagnetic laser modes propagating in the substrate closer to the absorption layer. By reducing the distance between the intensity maxima and the absorption layer, the absorption of the laser modes propagating in the substrate is advantageously increased.
Bevorzugt ist diese Wirkung der Anpassschicht nicht auf einzelne, ausgewählte Substratmoden beschränkt. Vielmehr wirkt die Anpassschicht auf einen Großteil der im Substrat propagierenden elektromagnetischen Lasermoden.This effect of the matching layer is preferably not limited to individual, selected substrate modes. Rather, the matching layer acts on a large part of the electromagnetic laser modes propagating in the substrate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode verringert die Anpassschicht eine Reflexion von im Substrat propagierenden elektromagnetischen Lasermoden an der Absorptionsschicht. Dadurch erhöht sich insbesondere eine Absorption von im Substrat propagierenden elektromagnetischen Lasermoden durch die Absorptionsschicht. Beispielsweise ist eine Dicke der Absorptionsschicht so eingestellt, dass ein an der Grenzfläche zwischen Substrat und Anpassschicht reflektierter Anteil einer Vielzahl von Substratmoden mit einem an einer Grenzfläche zwischen Anpassschicht und Absorptionsschicht reflektiertem Anteil dieser Substratmoden möglichst destruktiv interferiert. In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the matching layer reduces reflection at the absorption layer of electromagnetic laser modes propagating in the substrate. This increases in particular an absorption of electromagnetic laser modes propagating in the substrate by the absorption layer. For example, a thickness of the absorption layer is set such that a portion of a plurality of substrate modes reflected at the interface between substrate and matching layer interferes as destructively as possible with a portion of these substrate modes reflected at an interface between matching layer and absorption layer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist ein Brechungsindex der Anpassschicht für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung größer als ein Brechungsindex des Substrats für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung. Somit kann im Substrat propagierende elektromagnetische Laserstrahlung in die Anpassschicht eingekoppelt werden, während in der Anpassschicht propagierende elektromagnetische Laserstrahlung an der Grenzfläche zum Substrat insbesondere total reflektiert werden kann. Dadurch erhöht sich insbesondere eine Dämpfung von Substratmoden durch die Absorptionsschicht.According to a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, a refractive index of the matching layer for electromagnetic radiation generated during operation is greater than a refractive index of the substrate for electromagnetic radiation generated during operation. Electromagnetic laser radiation propagating in the substrate can thus be coupled into the matching layer, while electromagnetic laser radiation propagating in the matching layer can in particular be totally reflected at the interface to the substrate. This increases in particular an attenuation of substrate modes by the absorption layer.
Beispielsweise ist der Brechungsindex der Anpassschicht zumindest um 0,01 und höchstens um 5 größer als der Brechungsindex des Substrats. Bevorzugt ist der Brechungsindex der Anpassschicht zumindest um 0,1 und höchstens um 1,5 größer als der Brechungsindex des Substrats. Besonders bevorzugt ist der Brechungsindex der Anpassschicht um zumindest 0,15 und höchstens um 0,7 größer als der Brechungsindex des Substrats.For example, the refractive index of the matching layer is at least 0.01 and at most 5 greater than the refractive index of the substrate. The refractive index of the matching layer is preferably at least 0.1 and at most 1.5 greater than the refractive index of the substrate. The refractive index of the matching layer is particularly preferably at least 0.15 and at most 0.7 greater than the refractive index of the substrate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode beträgt ein Extinktionskoeffizient der Anpassschicht für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung höchstens 2. Bevorzugt ist der Extinktionskoeffizient der Anpassschicht höchstens 0,7 und besonders bevorzugt höchstens 0,1. Je niedriger der Extinktionskoeffizient der Anpassschicht ist, desto transparenter ist die Anpassschicht für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung.According to a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, an extinction coefficient of the matching layer for electromagnetic radiation generated during operation is at most 2. The extinction coefficient of the matching layer is preferably at most 0.7 and particularly preferably at most 0.1. The lower the extinction coefficient of the matching layer, the more transparent the matching layer is for electromagnetic radiation generated during operation.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist eine Dicke der Anpassschicht proportional zu einer Wellenlänge im Betrieb erzeugter elektromagnetischer Strahlung und invers proportional zum Brechungsindex der Anpassschicht für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung. Hier und im Folgenden bezeichnet die Dicke einer Schicht eine räumliche Ausdehnung in einer Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche des Substrats.According to a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, a thickness of the matching layer is proportional to a wavelength of electromagnetic radiation generated during operation and inversely proportional to the refractive index of the matching layer for electromagnetic radiation generated during operation. Here and below, the thickness of a layer refers to a spatial extension in a direction perpendicular to the second main area of the substrate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode beträgt eine Dicke der Anpassschicht D = D0 + m * Δd mit einer Toleranz von ± 30 Nanometern. Dabei ist
Durch eine Wahl der Dicke der Anpassschicht entsprechend obiger Formel kann die Dämpfung von im Substrat propagierenden elektromagnetischen Lasermoden vorteilhaft erhöht werden. Beispielsweise verringert sich eine Stärke der Substratmoden durch die Anpassschicht mit der oben angegebenen Dicke um drei bis vier Größenordnungen im Vergleich zu einer entsprechenden kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ohne Anpassschicht.By choosing the thickness of the matching layer according to the above formula, the attenuation of electromagnetic laser modes propagating in the substrate can be advantageously increased. For example, the thickness of the substrate modes is reduced by three to four orders of magnitude as a result of the matching layer having the thickness specified above, compared to a corresponding edge-emitting semiconductor laser diode without a matching layer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weist die Anpassschicht eine laterale Strukturierung auf, sodass nur ein Teil der zweiten Hauptfläche des Substrats von der Anpassschicht bedeckt ist und/oder die Anpassschicht zumindest zwei voneinander getrennte Segmente aufweist und/oder die Anpassschicht zumindest eine Ausnehmung aufweist. Für den Fall, dass die Anpassschicht elektrisch isolierend ist, ist eine laterale Strukturierung der Anpassschicht insbesondere zur elektrischen Kontaktierung des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels über die zweite Hauptfläche des Substrats vorteilhaft.According to a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the matching layer has a lateral structuring, so that only part of the second main surface of the substrate is covered by the matching layer and/or the matching layer has at least two separate segments and/or the matching layer has at least one recess. If the matching layer is electrically insulating, lateral structuring of the matching layer is advantageous, in particular for making electrical contact with the epitaxial semiconductor layer stack via the second main area of the substrate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weist die Anpassschicht Titanoxid, nicht stöchiometrisches Siliziumoxid, nicht stöchiometrisches Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder Galliumphosphid auf, oder besteht aus einem dieser Materialien.In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the matching layer has titanium oxide, non-stoichiometric silicon oxide, non-stoichiometric silicon nitride, silicon carbide or gallium phosphide, or consists of one of these materials.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode zumindest zwei Anpassschichten auf, die zwischen der zweiten Hauptfläche des Substrats und der Absorptionsschicht angeordnet sind. Die Anpassschichten können verschiedene Materialien oder verschiedene Materialzusammensetzungen aufweisen. Dadurch kann eine Dämpfung und somit eine Unterdrückung von im Substrat propagierenden elektromagnetischen Lasermoden verbessert werden.In accordance with a further embodiment, the edge-emitting semiconductor laser diode has at least two matching layers which are arranged between the second main area of the substrate and the absorption layer. The matching layers can have different materials or different material compositions. As a result, damping and thus suppression of electromagnetic laser modes propagating in the substrate can be improved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist die Anpassschicht elektrisch leitfähig. Somit kann der epitaktische Halbleiterschichtenstapel insbesondere über eine elektrisch leitfähige Absorptionsschicht, die elektrisch leitfähige Anpassschicht und über ein elektrisch leitfähiges Substrat elektrisch kontaktiert werden.In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the matching layer is electrically conductive. Thus, the epitaxial semiconductor layer stack can be electrically contacted in particular via an electrically conductive absorption layer, the electrically conductive matching layer and via an electrically conductive substrate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist die Absorptionsschicht als Kontaktschicht zur elektrischen Kontaktierung des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels eingerichtet. Insbesondere ist die Absorptionsschicht elektrisch leitfähig. Dadurch können Prozessschritte in der Herstellung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode eingespart und somit Kosten reduziert werden.In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the absorption layer is set up as a contact layer for making electrical contact with the epitaxial semiconductor layer stack. In particular, the absorption layer is electrically conductive. As a result, process steps in the production of the edge-emitting semiconductor laser diode can be saved and costs can thus be reduced.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weist die Absorptionsschicht ein Metall, ein Halbleitermaterial oder ein nicht-stöchiometrisches Dielektrikum auf oder besteht aus einem dieser Materialien.According to a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode has the Absorption layer on a metal, a semiconductor material or a non-stoichiometric dielectric or consists of one of these materials.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode zusätzlich eine Lichtblockschicht auf, die auf einem Teilbereich der Lichtauskoppelfacette der Halbleiterlaserdiode angeordnet und dazu eingerichtet ist, im Substrat propagierende elektromagnetische Lasermoden zumindest teilweise zu absorbieren und/oder zu reflektieren. Die Lichtblockschicht ist bevorzugt auf einem Teilbereich der Lichtauskoppelfacette angeordnet, der das Substrat umfasst. Insbesondere bleibt die Lichtauskoppelfacette im Bereich der aktiven Schicht frei von der Lichtblockschicht.According to a further embodiment, the edge-emitting semiconductor laser diode also has a light blocking layer which is arranged on a partial area of the light output facet of the semiconductor laser diode and is set up to at least partially absorb and/or reflect electromagnetic laser modes propagating in the substrate. The light blocking layer is preferably arranged on a partial area of the light coupling-out facet which comprises the substrate. In particular, the light coupling-out facet remains free of the light-blocking layer in the region of the active layer.
Die Lichtblockschicht kann mehrere Teilschichten aufweisen oder aus mehreren Teilschichten bestehen. Beispielsweise beträgt eine Transmission der Lichtblockschicht für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung höchstens 20%. Die Lichtblockschicht weist insbesondere ein Oxid, ein Oxinitrid, oder ein Metall auf, beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumoxinitrid, Titan, Platin oder Chrom, oder besteht aus einem dieser Materialien.The light-blocking layer can have a plurality of sub-layers or consist of a plurality of sub-layers. For example, a transmission of the light-blocking layer for electromagnetic radiation generated during operation is at most 20%. In particular, the light blocking layer has an oxide, an oxynitride, or a metal, for example aluminum oxide, silicon oxynitride, titanium, platinum or chromium, or consists of one of these materials.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode eine Kontaktschicht auf, die auf der Absorptionsschicht aufgebracht ist und zur elektrischen Kontaktierung des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels eingerichtet ist. Bevorzugt ist die Kontaktschicht direkt auf der Absorptionsschicht angeordnet. Die Kontaktschicht weist beispielsweise ein Metall auf oder ist aus einem Metall gebildet. Die Kontaktschicht ist zur elektrischen Kontaktierung des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels über die zweite Hauptfläche des Substrats eingerichtet.In accordance with a further embodiment, the edge-emitting semiconductor laser diode has a contact layer which is applied to the absorption layer and is set up for making electrical contact with the epitaxial semiconductor layer stack. The contact layer is preferably arranged directly on the absorption layer. The contact layer has a metal, for example, or is formed from a metal. The contact layer is set up for making electrical contact with the epitaxial semiconductor layer stack via the second main area of the substrate.
Alternativ oder zusätzlich kann die Kontaktschicht auch auf der ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet sein. Eine weitere Kontaktschicht ist beispielsweise auf einer dem Substrat abgewandten Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels angeordnet.Alternatively or additionally, the contact layer can also be arranged on the first main area of the substrate. A further contact layer is arranged, for example, on a main area of the epitaxial semiconductor layer stack which is remote from the substrate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weist die aktive Schicht zumindest zwei lateral nebeneinander angeordnete Emissionsbereiche auf, die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen eingerichtet sind. Beispielsweise weisen die nebeneinander angeordneten Emissionsbereiche unterschiedliche Materialzusammensetzungen und somit unterschiedliche Bandlücken auf. Bevorzugt sind die Emissionsbereiche unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar und somit unabhängig voneinander betreibbar und/oder ansteuerbar. Die nebeneinander angeordneten Emissionsbereiche der aktiven Schicht können auch elektromagnetische Strahlung im gleichen Wellenlängenbereich erzeugen. Beispielsweise ist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode als Laserbarren ausgebildet.In accordance with a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the active layer has at least two emission regions which are arranged laterally next to one another and are set up to generate electromagnetic radiation in different wavelength ranges. For example, the emission regions arranged next to one another have different material compositions and thus different band gaps. The emission regions can preferably be electrically contacted independently of one another and can therefore be operated and/or controlled independently of one another. The emission regions of the active layer arranged next to one another can also generate electromagnetic radiation in the same wavelength range. For example, the edge-emitting semiconductor laser diode is designed as a laser bar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weist die Anpassschicht zumindest zwei lateral nebeneinander angeordnete Teilbereiche auf, wobei jeweils ein Teilbereich in einer Richtung senkrecht zur ersten Hauptfläche des Substrats unter einem Emissionsbereich angeordnet ist. Insbesondere weist jeder Emissionsbereich der aktiven Schicht einen zugehörigen Teilbereich der Anpassschicht auf der gegenüberliegenden Hauptfläche des Substrats auf. Dabei können die Teilbereiche der Anpassschicht miteinander verbunden oder räumlich voneinander getrennt sein.According to a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the matching layer has at least two partial regions arranged laterally next to one another, one partial region being arranged below an emission region in a direction perpendicular to the first main area of the substrate. In particular, each emission region of the active layer has an associated portion of the matching layer on the opposite main surface of the substrate. In this case, the partial areas of the matching layer can be connected to one another or spatially separated from one another.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weisen die Teilbereiche der Anpassschicht unterschiedliche Materialien und/oder unterschiedliche Dicken auf. Für den Fall, dass die aktive Schicht mehrere Emissionsbereiche aufweist, die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen eingerichtet sind, kann beispielsweise die Dicke der Anpassschicht in den unterschiedlichen Teilbereichen jeweils passend zu einer Emitterwellenlänge der einzelnen Emissionsbereiche gewählt werden.According to a further embodiment of the edge-emitting semiconductor laser diode, the partial areas of the matching layer have different materials and/or different thicknesses. In the event that the active layer has a plurality of emission regions that are designed to generate electromagnetic radiation in different wavelength ranges, the thickness of the matching layer in the different partial regions can be selected to match an emitter wavelength of the individual emission regions.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
-
1 und2 zeigen Profile elektromagnetischer Laserstrahlung im Fernfeld einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode. -
3 ,4 und5 zeigen verschiedene schematische Darstellungen einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
6 und7 zeigen schematische Darstellungen einer Modenstärke von Substratmoden als Funktion einer Dicke der Anpassschicht. -
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Dicke der Anpassschicht als Funktion eines Brechungsindex der Anpassschicht. -
9 zeigt eine schematische Darstellung einer Modenstärke von Substratmoden als Funktion eines Brechungsindex der Anpassschicht. -
10 zeigt eine schematische Darstellung einer Modenstärke von Substratmoden als Funktion eines Extinktionskoeffizienten der Anpassschicht. -
11 bis 15 zeigen schematische Schnittdarstellungen von kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden gemäß weiterer Ausführungsbeispiele. -
16 bis 23 zeigen schematische Draufsichten auf die zweite Hauptfläche des Substrats von kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele. -
24 bis26 zeigen schematische Schnittdarstellungen von kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden gemäß weiterer Ausführungsbeispiele. -
27 zeigt eine schematische Darstellung der Intensität von Substratmoden gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 and2 show profiles of electromagnetic laser radiation in the far field of an edge-emitting semiconductor laser diode. -
3 ,4 and5 show various schematic representations of an edge emitting semiconductor laser diode according to an embodiment. -
6 and7 show schematic representations of a mode strength of substrate modes as a function of a thickness of the matching layer. -
8th shows a schematic representation of a thickness of the matching layer as a function of a refractive index of the matching layer. -
9 shows a schematic representation of a mode strength of substrate modes as a function of a refractive index of the matching layer. -
10 shows a schematic representation of a mode strength of substrate modes as Function of an extinction coefficient of the matching layer. -
11 until15 show schematic sectional representations of edge-emitting semiconductor laser diodes according to further exemplary embodiments. -
16 until23 show schematic plan views of the second main area of the substrate of edge-emitting semiconductor laser diodes according to various exemplary embodiments. -
24 until26 show schematic sectional representations of edge-emitting semiconductor laser diodes according to further exemplary embodiments. -
27 FIG. 12 shows a schematic representation of the intensity of substrate modes according to an embodiment.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit demselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Elements that are the same, of the same type or have the same effect are provided with the same reference symbols in the figures. The figures and the relative sizes of the elements shown in the figures are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements, in particular layer thicknesses, can be shown in an exaggerated size for better representation and/or for better understanding.
Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Das Substrat 1 ist insbesondere ein Wachstumssubstrat, auf dem der epitaktische Halbleiterschichtenstapel 2 epitaktisch aufgewachsen ist. Beispielsweise weist das Substrat 1 Galliumnitrid oder Siliziumcarbid auf oder besteht aus einem dieser Materialien. Das Substrat 1 ist transparent für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Laserstrahlung. Insbesondere weist das Substrat 1 eine größere Bandlücke auf, als die aktive Schicht 3 des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 2. Im Betrieb erzeugte elektromagnetische Laserstrahlung kann somit zumindest teilweise aus der aktiven Schicht 3 in das transparente Substrat 1 einkoppeln und im Substrat 1 als elektromagnetische Lasermode 9 propagieren.The
Direkt auf der zweiten Hauptfläche 7 des Substrats 1 ist eine Anpassschicht 4 aufgebracht. Die Anpassschicht 4 weist ein dielektrisches Material oder ein Halbleitermaterial auf, das transparent für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung ist. Beispielsweise weist die Anpassschicht 4 Galliumphosphid auf oder besteht aus Galliumphosphid. Insbesondere ist ein Brechungsindex n der Anpassschicht 4 für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung größer als ein Brechungsindex des Substrats 1. Beispielsweise ist der Brechungsindex n der Anpassschicht 4 um zumindest 0,15 und um höchstens 0,7 größer als der Brechungsindex des Substrats 1. Des Weiteren beträgt der Extinktionskoeffizient k der Anpassschicht bevorzugt höchstens 0,1.An
Direkt auf der dem Substrat 1 gegenüberliegenden Hauptfläche der Anpassschicht 4 ist eine Absorptionsschicht 5 aufgebracht. Die Absorptionsschicht 5 weist insbesondere einen hohen Absorptionskoeffizienten für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung auf und ist beispielsweise aus einem Metall gebildet.An
Eine Dicke D der Anpassschicht 4 ist so gewählt, dass Substratmoden 9 von der Absorptionsschicht 5 möglichst stark absorbiert und dadurch gedämpft werden. Beispielsweise verringert die Anpassschicht 4 eine Reflexion von Substratmoden 9 an der Absorptionsschicht 5. Die Dicke D der Anpassschicht 4 ist insbesondere proportional zur Wellenlänge im Betrieb erzeugter elektromagnetischer Strahlung und invers proportional zu einem Brechungsindex n der Anpassschicht.A thickness D of the
Auf einer dem Substrat 1 gegenüberliegenden Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 2 ist eine Kontaktschicht 19 zur elektrischen Kontaktierung der aktiven Schicht 3 angeordnet. Des Weiteren ist die Absorptionsschicht 5 als weitere Kontaktschicht zur elektrischen Kontaktierung der aktiven Schicht 3 eingerichtet, wobei das Substrat 1 elektrisch leitfähig ist. Beispielsweise weist das Substrat ein dotiertes Halbleitermaterial auf. Die zwischen dem Substrat 1 und der Absorptionsschicht 5 angeordnete Anpassschicht 4 ist entweder elektrisch leitfähig oder weist eine laterale Strukturierung 11 auf. Beispiele für laterale Strukturierungen 11 der Anpassschicht 4 sind in den
Gegenüberliegende Seitenflächen der Halbleiterlaserdiode sind als Lichtauskoppelfacette 15 und Rückseitenfacette 18 ausgebildet, die gemeinsam einen optischen Resonator der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode bilden. Der optische Resonator ist in Verbindung mit der aktiven Schicht 3 dazu eingerichtet, im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung zu erzeugen. Die elektromagnetische Laserstrahlung wird über die Lichtauskoppelfacette 15 ausgekoppelt und von der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode unter dem Abstrahlwinkel α abgestrahlt. Dabei bezeichnet der Abstrahlwinkel α einen Winkel zwischen einer Flächennormalen der Lichtauskoppelfacette 15 und einer Abstrahlrichtung der im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Laserstrahlung.Opposite side faces of the semiconductor laser diode are formed as a
Die Anpassschicht 4 bedeckt die zweite Hauptfläche 7 des Substrats 1 nur teilweise. Insbesondere ist ein Bereich der zweiten Hauptfläche 7 in senkrechter Richtung über dem Stegwellenleiter 22 von der Anpassschicht 4 bedeckt. Die Anpassschicht 4 bedeckt dabei einen Bereich der zweiten Hauptfläche 7, der in lateraler Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung des Stegwellenleiters 22 bevorzugt um zumindest 30 Mikrometer, besonders bevorzugt um zumindest 60 Mikrometer, über den Stegwellenleiter 22 hinaus reicht. Bereiche der zweiten Hauptfläche 7, die nicht von der Anpassschicht 4 bedeckt sind, sind von der Absorptionsschicht 5 bedeckt, die sich über die gesamte zweite Hauptfläche 7 erstreckt. Die Absorptionsschicht 5 ist dadurch in direktem elektrischem Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Substrat 1 und zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterschichtenstapels 2 eingerichtet. The
Des Weiteren zeigt
Dabei bezeichnen n und nSubstrat Brechungsindizes der Anpassschicht 4 und des Substrats 1 für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung.
In this case, n and n substrate denote refractive indices of the
Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Das Ausführungsbeispiel in
Im Gegensatz zur kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode in
Bei der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel in
Bei der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode in
In
In
Im Gegensatz zur kantenemittierenden Halbleiterdiode in
Bei der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode in
Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode in
Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode in
Die Teilbereiche 17 der Anpassschicht 4 bei der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode in
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited to these by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Substratsubstrate
- 22
- epitaktischer Halbleiterschichtenstapelepitaxial semiconductor layer stack
- 33
- aktive Schichtactive layer
- 44
- Anpassschichtmatching layer
- 55
- Absorptionsschichtabsorption layer
- 66
- erste Hauptflächefirst main surface
- 77
- zweite Hauptflächesecond main surface
- 88th
- AbstandDistance
- 99
- Substratmodesubstrate mode
- 1010
- Mantelschichtcoat layer
- 1111
- Strukturierungstructuring
- 1212
- Segmentsegment
- 1313
- Ausnehmungrecess
- 1414
- Lichtblockschichtlight block layer
- 1515
- Lichtauskoppelfacettelight extraction facet
- 1616
- Emissionsbereichemission range
- 1717
- Teilbereichsubarea
- 1818
- Rückseitenfacetteback facet
- 1919
- Kontaktschichtcontact layer
- 2020
- Modenprofilfashion profile
- 2121
- Minimumminimum
- 2222
- Stegwellenleiterridge waveguide
- 2323
- Intensitätsmaximummaximum intensity
- 2424
- Intensitätsspitzepeak intensity
- II
- Intensitätintensity
- SS
- Modenstärkemode strength
- nn
- Brechungsindexrefractive index
- kk
- Extinktionskoeffizientextinction coefficient
- DD
- Dickethickness
- αa
- Abstrahlwinkelbeam angle
- RR
- RichtungDirection
Claims (17)
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